[发明专利]用于金属玻璃微细电解加工的电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于金属玻璃微细电解加工的电解液，属于电化学加工领域。

背景技术

金属玻璃(Metallic Glasses)，也称非晶态合金（Amorphous Alloys），是一种以金属元素为主要成份（金属元素的原子百分比占到70%-100%）的合金液体深度过冷到玻璃转变温度T_g时结构突然“冻结”而形成的非晶态合金材料。金属玻璃的原子排列呈现长程无序、短程有序，微观结构上摆脱了晶粒大小的限制，更适合于高精度的成型加工。因此，制备出高精度、低成本、高性能的金属玻璃微型器件，这将是今后金属玻璃及微纳米加工领域的研究热点之一。在加工块体金属玻璃零件时，不仅要满足其尺寸精度、表面质量等一般材料零件的加工要求，更重要的是要防止材料在加工过程中发生晶化，避免其优越性能的丢失，这是对加工技术的巨大挑战。从现阶段研究来看，各种金属玻璃微加工技术都还不成熟，加工能力尚未充分释放，在一定程度上阻碍了金属玻璃的广泛应用。热塑性成型工艺虽已具备一定的金属玻璃微结构成型能力，但对过冷液相区较窄的金属玻璃材料，成型温度和冷却速率的控制难度大，材料易晶化，同时该工艺也难以加工高深宽比结构；金属玻璃微细切削加工中刀具磨损严重、加工毛刺多，材料会氧化和晶化；微细电火花和激光加工需要解决材料晶化、重铸层和热影响区等问题；微细电解打孔和铣削，在加工精度、表面质量、加工效率方面都还有待提高。同时，每种加工方法各俱所长，可加工的微结构形式、能达到的加工要求也不尽相同，需要相辅相成，以满足多种多样的金属玻璃微结构制造需求。因此，一方面继续深入研究现有各种方法加工金属玻璃的加工机理、工艺规律，提升工艺水平；另一方面探寻新的高效、高质量的金属玻璃微结构加工方法都能促进金属玻璃在工程实际中的应用。

目前国内外对金属玻璃的电化学性能已经开始了初步探索，电化学加工可以从根本上解决金属玻璃对温度敏感的难题，具有重要意义。电解线切割属于特种加工技术子群中的电化学加工技术，是利用金属丝作为工具电解，结合高精度的多轴数控运动，基于电化学阳极溶解原理对金属材料进行加工的一种电化学加工方法。电解线切割是一种非接触式加工，该加工方式不会产生加工热，不受被加工材料的强度、硬度、韧性的限制，几乎可以加工所有的导电材料，加工后工件材料的微观组织基本不发生变化。因此，它常用于加工硬质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难切削加工材料以及薄壁、易变形工件。对难加工材料以及复杂形状工件的批量加工时，电解线切割是一种低成本的工艺。南京航空航天大学首先提出了微细电解线切割加工技术（专利申请号ZL200610040054.6）。该技术加工过程中不产生加工热量，有效解决了其他加工方法需要重点处理的金属玻璃对温度敏感的难题。

文献研究表明，金属玻璃的无缺陷结构优异的化学均一性和表面活性，使其具有更强的耐腐蚀性。在电解加工时，表面容易形成钝化膜而使分解电压增高，导致金属玻璃的电解加工困难，从而存在加工过程不稳定，效率低，工件加工表面质量差以及杂散点蚀等问题。而突破这一障碍的关键就是研制出适合于金属玻璃的电解液。由于金属玻璃电解加工属于一个崭新的课题，目前国内外学者的研究课题中没有明确提出广泛适用于金属玻璃电化学加工的电解液。金属玻璃在传统的中性水质电解液中表面易形成钝化膜，使得金属玻璃在电解过程中导电性降低，给加工过程带来不利影响。同时，由于金属玻璃的材料成份复杂，含有多种金属元素，且部分金属玻璃还含有非金属成分（如Ni基金属玻璃含有Si、B等元素），在中性溶液中电解加工时，加工产物多，体积大，粘附力强，易发生短路，加工表面质量较差。因此，一般通用的水基电解液就不适用于金属玻璃的电解加工，例如常用的NaNO₃或NaCl等电解液就不合适。因此，选择合适的电解液对提高金属玻璃电解加工的稳定性及表面质量具有重要的意义。

本发明针对金属玻璃的微细电解加工研究，研制出适用于常用金属玻璃材料（Ni，Fe，Zr基等）电解加工的电解液，从而获得更好的加工表面质量，更高的加工精度和效率。

发明内容

本发明目的在于，提出了一种适用于常用金属玻璃（Ni，Fe，Zr基等）微细电解加工的电解液，解决了金属玻璃在一般的NaNO₃或NaCl等电解液中加工效率低，表面质量差，加工过程不稳定的难题。